[0001] La présente invention concerne le domaine technique du traitement par calcination,
incinération ou combustion de déchets au sens général.
[0002] L'invention trouve une application par exemple, dans le domaine de l'incinération
de déchets de nature végétale ou à caractère industriel banal, tels que par exemple
palettes ou cartons et trouve une application particulièrement avantageuse pour le
traitement des déjections d'animaux et en particulier, les fientes de volailles.
[0003] L'élimination des déchets du secteur industriel ou ménager est un problème délicat
à résoudre en raison, d'une part, de l'augmentation rapide du volume des déchets et,
d'autre part, des normes liées à l'environnement rendant de plus en plus difficile
leur élimination, notamment, par épandage ou enfouissement.
[0004] Dans l'état de la technique, il est connu d'éliminer des déchets en les traitant
par incinération. Il est connu de nombreux types d'installations permettant de traiter
les déchets par combustion. Il apparaît que de telles installations sont relativement
complexes et ne permettent pas d'envisager la réalisation d'installations d'incinération
présentant une capacité de traitement relativement faible tout en offrant une rentabilité
satisfaisante. Or, il est clair qu'il apparaît le besoin de disposer de telles installations
de manière à pouvoir traiter des déchets sur un site proche de leur lieu de production,
afin d'éviter leur transport. Tel est le cas, notamment, pour les fientes de volailles
issues de sites dispersés sur le territoire. Par ailleurs, il s'avère nécessaire de
maîtriser les paramètres des gaz et fumées produits lors de la combustion, afin de
respecter l'environnement.
[0005] Il est ainsi connu, par exemple par la demande de brevet français n°
2 733 031, une installation de traitement par combustion de déchets comportant une première
enceinte verticale dans la partie supérieure de laquelle est formée une réserve de
déchets qui s'écoulent par gravité dans une chambre de combustion des déchets. La
chambre de combustion est délimitée par une paroi tubulaire en tronc de cône assurant
le confinement des déchets autour d'un foyer central orienté verticalement et percé
suivant son épaisseur de lumières traversantes. La chambre de combustion est alimentée
par un comburant primaire assurant la combustion des déchets, dont les gaz traversent
les lumières pour être recueillis dans la chambre interne de combustion du foyer,
afin d'être dirigés par un conduit, dans une chambre de post-combustion ménagée dans
une seconde enceinte. La chambre de post-combustion est pourvue d'une entrée d'air
secondaire, afin d'assurer la combustion des gaz. L'installation comporte également
un générateur de vapeur alimenté par la chaleur dégagée par la postcombustion des
gaz.
[0006] L'installation décrite par cette demande de brevet présente un inconvénient majeur,
dans la mesure où les déchets sont accumulés dans une chambre supérieure sous la forme
d'un lit de matière compacte. Il s'ensuit une difficulté pour la combustion des déchets,
ce qui nuit au fonctionnement normal de l'installation.
[0007] L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus, en proposant
un procédé de traitement de déchets par combustion, permettant une combustion complète
des déchets et sans aléas de fonctionnement, une maîtrise des fumées issues du processus
de traitement et une capacité de traitement relativement faible avec une rentabilité
satisfaisante.
[0008] L'objet de l'invention vise donc à satisfaire l'objectif exprimé ci-dessus en proposant
un procédé assurant le traitement par combustion des déchets et la récupération de
la chaleur produite lors de la combustion.
[0009] Selon l'invention, le procédé consiste :
- à créer un foyer de combustion dans un four,
- à alimenter en déchets le foyer de combustion dans lequel est amené un premier comburant,
de manière à brûler les déchets et à obtenir des fumées de combustion,
- à canaliser les fumées de combustion dans une chambre de postcombustion dans laquelle
est amené un second comburant,
- à assurer l'inflammation des fumées pour assurer la combustion des fumées et l'obtention
de gaz et fumées,
- et à faire circuler les gaz et fumées dans un échangeur de chaleur dont le foyer est
constitué par la chambre de postcombustion.
[0010] L'objet de l'invention vise également à proposer une installation de traitement par
combustion de déchets et de récupération de chaleur.
[0011] Selon l'invention, l'installation comporte :
- un four de combustion comprenant :
. un foyer de combustion pourvu d'un orifice de déversement des déchets amenés par
des moyens d'approvisionnement,
. des moyens de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des
déchets et l'obtention de fumées de combustion,
. un système de canalisation des fumées de combustion,
- une chaudière de chauffage comportant :
. une chambre de postcombustion dans laquelle débouchent le système de canalisation
des fumées et des moyens de fourniture d'un second comburant pour assurer la combustion
des fumées dans la chambre de postcombustion, en vue d'obtenir des gaz et fumées,
. et un échangeur de chaleur entre un circuit de circulation d'un fluide caloporteur
et un circuit de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en
référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des
formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue générale d'une installation de traitement conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe-élévation d'un four de combustion mis en oeuvre dans l'installation
selon l'invention.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale du four de combustion, prise sensiblement selon
les lignes III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe transversale du four de combustion, prise sensiblement selon
les lignes IV-IV de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue en coupe-élévation d'une unité de récupération de chaleur utilisée dans
l'installation selon l'invention.
Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, l'installation A selon l'invention est destinée à assurer le traitement par combustion ou incinération
de déchets 1 au sens général, se présentant naturellement ou à la suite d'un traitement approprié,
sous la forme d'éléments individualisés, de particules ou de granulés. A titre d'exemples
non limitatifs, les déchets 1 peuvent être constitués par des produits forestiers provenant, par exemple, d'élagages,
ou par des cartons ou des palettes traités préalablement par un broyeur associé ou
non à l'installation A. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les déchets 1 sont constitués par des déjections de volailles qui sont généralement combinées à
des copeaux de bois. L'installation de traitement A comporte un four I de combustion ou de calcination des déchets, suivi par une unité II de récupération de chaleur dont les gaz et fumées de sortie sont recueillis par une
unité de traitement III.
Tel que cela ressort plus précisément des fig. 2 à 4, le four de calcination ou de combustion I comporte un foyer de combustion 2 délimité par une enveloppe fermée 3 à caractère réfractaire. Le foyer de combustion 2 comporte un orifice 4 de déversement des déchets 1 qui sont amenés par l'intermédiaire d'un moyen d'approvisionnement 5 qui, dans l'exemple illustré, est constitué par l'intermédiaire d'une vis sans fin
51 montée à l'intérieur d'un tube 6 débouchant, par exemple, à la base d'une trémie 7 dans laquelle les déchets 1 sont déversés directement ou après avoir subi un broyage préalable. Le tube 6 traverse la paroi avant 31 du four pour déboucher, dans l'exemple illustré, à la partie haute du foyer de combustion
2. De préférence, le tube 6 est centré sur le plan médian ou de symétrie transversal P du foyer de combustion 2.
Le four de combustion I comporte également un brûleur 8 de tous types connus en soi, par exemple, au fuel ou au gaz. Le brûleur 8 est équipé d'un conduit tubulaire 9 débouchant à l'intérieur du foyer de combustion 2 en traversant un orifice 10 ménagé dans la paroi avant 31. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le brûleur 8 est monté sur un chariot non représenté permettant de retirer le tube 9 de l'intérieur du foyer 2. L'orifice 10 peut être fermé par un volet d'obturation 12 (fig. 4).
Le four de combustion I comporte également un système 16 de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion 2. Dans l'exemple illustré, le système de dispersion 16 est constitué par une grille montée à l'intérieur du foyer 2 à un niveau intermédiaire entre l'orifice de déversement 4 et le brûleur 8. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 2 et 3, la grille de dispersion ou de répartition 16 est constituée, dans l'exemple illustré, par des tubes 17 s'étendant en porte-à-faux à partir de la paroi avant 31 et sur la majeure partie de la longueur du foyer de combustion 2. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 3, les tubes 17 sont également répartis sur toute la largeur du foyer 2. Dans l'exemple illustré, la grille 16 est également formée par l'intermédiaire d'un tube central 171 de part et d'autre duquel sont positionnés, dans l'exemple, trois tubes 17 de section plus petite que la section du tube 171. Le tube 171 est centré sur le plan de symétrie P en étant placé à un niveau supérieur par rapport aux tubes 17 dont leurs centres sont situés sur la courbure convexe d'un cercle.
De préférence, le système de dispersion 16 est complété par une platine 19 placée en dessous et s'étendant au-delà de l'orifice de déversement 4, de manière à permettre un déversement régulier des déchets à l'intérieur du foyer
de combustion, comme cela sera mieux compris dans la suite de la description. Bien
entendu, il peut être prévu d'assurer la dispersion des déchets 1 à l'intérieur du foyer par l'intermédiaire de moyens différents. Une telle répartition
peut, par exemple, être assurée au niveau de l'introduction des déchets, à l'aide
notamment d'une hélice de dispersion, combinée éventuellement à une soufflerie.
Selon une caractéristique de l'invention, le foyer de combustion 2 est équipé de moyens 21 de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des déchets 1. Par exemple, le comburant est de l'air. Selon une caractéristique avantageuse de
l'invention, les moyens de fourniture 21 sont constitués par le volume interne des tubes 17 raccordés à un boîtier collecteur 22 qui est relié à un ventilateur non représenté. Les tubes 17 comportent des orifices radiaux de sortie 23 ménagés, de préférence, à leur partie supérieure et des orifices axiaux de sortie
24 aménagés pour orienter l'air vers le haut du foyer.
Il doit être compris que le premier comburant est amené à l'intérieur du foyer 2 pour permettre par le brûleur 8, d'assurer la combustion des déchets 1. Il est à noter que le premier comburant, tel que de l'air, est également apporté
à l'intérieur du foyer 2 par l'intermédiaire du moyen d'approvisionnement 5. En effet, les déchets 1 sont amenés à l'intérieur du foyer 2 en combinaison d'un flux d'air. Le premier comburant est amené en quantité nécessaire
pour permettre la combustion des déchets produisant des fumées de combustion représentées
symboliquement par des flèches f.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le foyer de combustion 2 est aménagé pour présenter un système 28 conçu pour canaliser les fumées de combustion f en direction d'une chambre 29 de postcombustion (fig. 5). Dans l'exemple illustré, le système de canalisation 28 est constitué par un canal 30 formant venturi s'évasant à l'intérieur du foyer de combustion 2 pour déboucher à l'intérieur de la chambre de postcombustion 29.
Selon l'invention, le système de canalisation des fumées de combustion 28 est réalisé en relation de la sortie de moyens 32 de fourniture d'un second comburant. Dans l'exemple illustré, les moyens 32 de fourniture du second comburant sont constitués par le tube central 17 s'étendant en porte-à-faux à partir du boîtier de raccordement 22 et constituant une canne d'amenée d'air. Le tube 171 s'étend dans le foyer au-delà des tubes 17 pour déboucher par son orifice axial 33 à l'entrée du canal 30 pour amener le second comburant dans cette zone et assurer la combustion complète
des fumées issues de la combustion des déchets.
Dans l'exemple illustré, le canal 30 est réalisé dans la paroi arrière 32 du foyer. Les fumées de combustion f sont donc canalisées vers l'arrière du foyer sensiblement à un niveau intermédiaire
du foyer 2. Il est à noter que le système de canalisation 28 peut être conçu pour orienter les fumées vers le haut du foyer 2. Selon cette variante, la chambre de postcombustion 29 est placée au-dessus du foyer 2. Dans le même sens, il peut être prévu d'inverser la position entre le moyen d'approvisionnement
5 et les moyens 32 de fourniture du second comburant. Dans cette forme de réalisation, le moyen d'approvisionnement
5 débouche sensiblement dans la partie médiane du foyer 2, tandis que les moyens de fourniture 32 sont situés dans la partie supérieure du foyer.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre de postcombustion
29 constitue le foyer d'un échangeur de chaleur 40 d'une chaudière de chauffage. La chambre de postcombustion 29 est délimitée, en partie basse, par la paroi interne d'un socle 42 dans lequel débouche le canal 30 par un orifice 301. La chambre de postcombustion 29 est délimitée, en partie haute, par une enveloppe 43 délimitant avec une coiffe 44, une capacité lamellaire L. La coiffe 44 est reliée à l'une des extrémités d'une virole 45 de section par exemple, circulaire, dont l'autre extrémité est reliée à une chambre
de mélange 46. L'échangeur de chaleur 40 comporte une série de tubes échangeurs 47 traversant la virole 45 en s'étendant sensiblement parallèlement entre-eux et en étant espacés les uns des
autres. Les tubes échangeurs 47 sont fixés par leur pied, sur l'enveloppe 43 et par leur sommet, sur la chambre de mélange 46 en la traversant. Les tubes échangeurs 47 s'ouvrent donc, par une de leurs extrémités, à l'intérieur de la chambre de postcombustion
29 et, par l'autre de leurs extrémités, à l'intérieur d'une boîte de collecte 50 connectée à l'unité de traitement III.
Les tubes échangeurs 47 constituent, par leurs parois, des capacités d'échange avec un circuit 52 de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu à l'intérieur de la
chambre de mélange 46, de la virole 45 et de la capacité lamellaire L. De préférence, la circulation du fluide caloporteur entre la chambre de mélange
46 et l'intérieur de la virole 45, s'effectue, d'une part, par l'intermédiaire d'un passage annulaire 53 subsistant entre un prolongement tubulaire 54 de la virole et la paroi supérieure de la chambre de mélange et, d'autre part, par
des ouvertures 55 ménagées dans la partie basse du prolongement 54. La chambre de mélange 46 comporte également une canalisation de départ 56 et une canalisation de retour 57 permettant d'utiliser le fluide caloporteur dans une installation de chauffage adaptée.
Les tubes échangeurs 47 constituent intérieurement un circuit 59 de circulation pour les gaz et fumées F issus de la chambre de postcombustion 29. Selon une caractéristique avantageuse, la chambre de postcombustion 29 peut être équipée d'un brûleur auxiliaire non représenté, de tous types connus, tels
que par exemple au fuel. Les gaz et fumées sortant de la boîte de collecte 50 sont destinés à être recueillis par l'unité de traitement III qui peut être constituée par exemple, par un cyclone de tous types connus en soi.
Le fonctionnement de l'installation de traitement A selon l'invention découle directement de la description qui précède. Les déchets
1 sont amenés par le moyen d'approvisionnement 5 à l'intérieur du foyer de combustion 2. Les déchets 1 sont amenés en continu pour se déverser à partir de l'orifice 4 sur la platine de réception 19 sur laquelle ils forment un tas. A partir du tas ainsi constitué, les déchets sont
destinés à tomber de manière sensiblement continue, à l'intérieur du foyer en direction
des tubes de répartition ou de distribution 17 et 171. La disposition des tubes 17, 171 à l'intérieur du foyer permet d'assurer la dispersion des déchets et d'éviter que
les déchets 1 tombent directement dans le fond du foyer 2. Le fonctionnement du brûleur 8 combiné à l'amenée du premier comburant au niveau des tubes de répartition 17, 171 permet d'assurer une combustion totale des déchets 1 au sein du foyer 2. Les fumées de combustion f sont conduites naturellement à l'intérieur du canal 30, à l'entrée duquel débouche le second comburant qui se trouve avantageusement réchauffé
par son passage à l'intérieur du tube 171 situé à l'intérieur du foyer de combustion 2. La présence combinée des fumées de combustion f et du second comburant chaud permet d'obtenir une postcombustion des fumées f. Il apparaît ainsi une flamme de combustion qui s'étend à partir du foyer 2 dans le canal jusque dans la chambre de postcombustion 29. Il s'ensuit que les fumées f subissent une combustion complète permettant d'obtenir des gaz et fumées représentés
par des flèches F et qui s'élèvent à l'intérieur des tubes échangeurs 47.
Le four I selon l'invention permet d'obtenir une combustion pratiquement complète de tous les
déchets apportés à l'intérieur du foyer 2. Les déchets solides non combustibles sont recueillis à la base du foyer de combustion
à l'intérieur d'une goulotte 70 aménagée dans le fond du four. La goulotte 70 est équipée d'un moyen d'extraction 71, tel qu'une vis sans fin.
La chambre de postcombustion 29 pour les fumées f constitue avantageusement le foyer de l'échangeur de chaleur 40 permettant de récupérer les calories échangées à partir des tubes 47, par le circuit de circulation de fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut
être utilisé à partir des canalisations 56, 57, dans une installation de chauffage de toute nature connue en soi. Les déchets solides
non combustibles sont recueillis à l'aide de la vis d'extraction 71, montée à l'intérieur d'un canal 72 aménagé dans le fond du foyer 29 dans le prolongement de la goulotte 70 du four. Il est à noter que la vis d'extraction 71 est également montée dans la base du cyclone III pour récupérer les déchets solides.
L'installation selon l'invention permet une combustion complète des déchets tout en
assurant la récupération de l'énergie produite lors de la postcombustion des fumées.
L'échangeur de chaleur 40 proposé permet d'obtenir un bon rendement de transformation de l'énergie utilisée.
Pour améliorer le rendement de l'installation, il est à noter que le brûleur 8 peut être coupé temporairement tout en assurant une complète combustion des déchets
et une postcombustion des fumées. Il est à noter que dans le cas de déchets de nature
combustible, le brûleur 8 peut fonctionner uniquement lors de la mise en marche du four pour permettre d'enflammer
les déchets. En effet, le brûleur ne s'avère pas nécessaire car la combustion s'effectue
dans une ambiante chaude n'imposant pas un apport supplémentaire d'énergie.
Il doit être compris que le brûleur 8 est mis en fonctionnement uniquement pour placer et maintenir le foyer à une température
chaude assurant la combustion des déchets. Lors de l'arrêt du brûleur 8, le tube de sortie 9 du brûleur est retiré du foyer et l'orifice 10 est fermé par le volet d'obturation 12. Par ailleurs, il est à noter que la chambre de postcombustion 29 peut être équipée d'un brûleur non représenté, destiné à être monté sur un conduit
74 permettant de faire fonctionner la chaudière de chauffage en l'absence de fonctionnement
du four I. Dans ce cas, le conduit 74 est obturé par une trappe non représentée.
Il est à noter que les calories récupérées peuvent être utilisées pour également assurer
un séchage préalable des déchets avant leur introduction dans le four I. Bien entendu, il peut être envisagé d'assurer un séchage préalable des déchets par
tout autre moyen adapté.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications
peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
1. Procédé de traitement par combustion de déchets (
1) et de récupération de chaleur, du type consistant :
- à créer un foyer de combustion (2) dans un four (I),
- à alimenter en déchets le foyer de combustion (2) dans lequel est amené un premier comburant, de manière à brûler les déchets et à
obtenir des fumées de combustion (f),
- à canaliser les fumées de combustion (f) dans une chambre de postcombustion (29) dans laquelle est amené un second comburant,
- à assurer l'inflammation des fumées (f) pour assurer la combustion des fumées et l'obtention de gaz et fumées (F),
- et à faire circuler les gaz et fumées (F) dans un échangeur de chaleur (40) dont le foyer est constitué par la chambre de postcombustion (29),
caractérisé en ce qu'il consiste :
. à déverser les déchets sur un système (16) de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion (2),
. et à assurer l'amenée du premier comburant par l'intermédiaire au moins du système
(16) de dispersion des déchets.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'inflammation des fumées (f) par l'amenée d'un second comburant chauffé par le foyer de combustion (2).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'amenée
du premier comburant par l'intermédiaire également de l'amenée de déchets.
4. Installation de traitement par combustion de déchets et de récupération de chaleur,
du type comportant :
- un four de combustion (I) comprenant :
. un foyer de combustion (2) pourvu d'un orifice de déversement (4) des déchets amenés par des moyens d'approvisionnement (5),
. des moyens (21) de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des déchets et
l'obtention de fumées de combustion (f),
. un système (28) de canalisation des fumées de combustion,
- une chaudière de chauffage (II) comportant :
. une chambre de postcombustion (29) dans laquelle débouchent le système (28) de canalisation des fumées et des moyens (32) de fourniture d'un second comburant pour assurer la combustion des fumées dans la
chambre de postcombustion, en vue d'obtenir des gaz et fumées (F),
. et un échangeur de chaleur (40) entre un circuit (52) de circulation d'un fluide caloporteur et un circuit (59) de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion,
caractérisée en ce que qu'elle comporte :
- un brûleur (8) associé au foyer de combustion (2),
- un système (16) de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion,
- et des moyens (21) de fourniture du premier comburant au niveau du système (16) de dispersion des déchets.
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système de dispersion
(16) des déchets est constitué par une grille interposée entre l'orifice de déversement
et le brûleur, la grille étant réalisée à partir de tubes (17, 171) constituant un moyen de fourniture du premier comburant.
6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont associés à un moyen de fourniture d'un premier
comburant.
7. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de fourniture
d'un second comburant sont constitués par au moins une canne (171) reliée à un circuit de fourniture du second comburant et s'étendant à l'intérieur
du foyer de combustion (2) pour déboucher dans le système (28) de canalisation des fumées de combustion.
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de canalisation
des fumées de combustion (28) est constitué par un canal (30) s'évasant à l'intérieur du foyer de combustion (2) et débouchant dans la chambre de postcombustion (29), la sortie de la canne (171) de fourniture du second comburant s'établissant à l'entrée du canal (30).
9. Installation selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte
des moyens (71) d'extraction des déchets solides non combustibles placés dans le fond du foyer de
combustion (2) et de la chambre de postcombustion (29).
10. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur
(
40) comporte :
- une virole (45) raccordée d'un côté sur une chambre de mélange (46) et de l'autre côté, sur une coiffe (43) délimitant une capacité lamellaire (L) avec une enveloppe (44) qui constitue en partie, la chambre de postcombustion (29),
- et des tubes échangeurs (47) traversant la chambre de mélange (46) et la virole (45), en vue d'être fixés sur l'enveloppe pour constituer intérieurement un circuit (59) de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion et par leurs
parois, des capacités d'échange avec un circuit (52) de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu à l'intérieur de la
chambre de mélange, de la virole et de la capacité lamellaire.
11. Installation selon la revendication 4 ou 10, caractérisée en ce que la chambre de
postcombustion (29) est équipée d'un brûleur auxiliaire.
12. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le foyer de combustion
(2) est pourvu d'un volet (12) d'obturation de l'orifice de passage du brûleur (8).
13. Installation selon l'une des revendications 4 et 10, caractérisée en ce que l'échangeur
de chaleur (40) est raccordé à une unité (III) de traitement des gaz et fumées.
14. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont équipés en amont, d'une unité de broyage, afin
d'obtenir des déchets sous forme de particules.
15. Installation selon la revendication 4 ou 14, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont équipés d'un poste de séchage des déchets.